تولید پرینت سه بعدی جوهر هوشمند به عنوان پاسخگویی به محرک‌ (نمونه‌ای از پرینت چهار بعدی)

امروزه در دنیای سیری‌ناپذیر و سریع تکنولوژی همواره موضوع جدیدی وجود دارد. در حال حاضر، پرینت چهار بعدی یکی از همین موضوعات جدید است. پرینت چهار بعدی نیز بسیار شبیه به پرینت سه بعدی است اما با یک تفاوت بزرگتر، به این صورت که در این روش از مواد خاص و طراحی‌های دیجیتالی استفاده می‌شود که قطعه پس از پرینت قابلیت تغییرشکل دارد. گروهی از محققان در Dartmouth، بخشی از گروه پژوهشی Ke که توسط استاد شیمی تحت عنوان  Chenfeng Ke رهبری می‌شود، موفق به ایجاد یک نوع کار نوآورانه جدید حاصل از پرینتر سه بعدی شده‌اند.

مواد تولیدی آن‌ها، یک جوهر است که می‌تواند به محرک‌های محیطی واکنش نشان دهد و امکان پرینت چهار بعدی اشیاء هوشمند را فراهم کند. Ke گفت: “مغز، اطلاعات زیادی تولید می‌کند که پاسخی در بدن انسان ایجاد می‌کند، ما می‌خواهیم با ایجاد مواد هوشمند که به صورت مکانیکی به محرک‌های خارجی پاسخ دهند، این فرآیندها را در سطح بسیار پایینی تقلید کنیم. ”

در واقع، تولید پرینت سه بعدی جوهر هوشمند به عنوان پاسخگویی به محرک‌ (نمونه‌ای از پرینت چهار بعدی) را می‌توان به عنوان گامی شگرف در تکنولوژی دانست.

 

فعالیت تیم پژوهشگر

این تیم با دانشمندان دانشگاه‌های Northwestern University و  University of Texas at Dallas همکاری کردند و یافته‌های آن‌ها در مجله بین المللی Angewandte Chemie منتشر شد. تمرکز گروه Ke در توسعه مواد هوشمند برای برنامه‌های کاربردی چاپ سه بعدی و پرینت چهار بعدی و هم‌چنین مواد ارگانیک متخلخل بلوری الاستیک برای اهداف مرتبط با محیط زیست و انرژی است. جوهر چاپ سه بعدی جدید، باعث تولید اقلامی می‌شود که امکان تغییر خواص آن‌ها در پاسخ به گرما و سایر مواد شیمیایی وجود دارد. این جنبه تحول، که به تغییرات بیشتر شیء پس از چاپ سه بعدی منجر می‌شود، معمولا به عنوان چاپ چهار بعدی شناخته شده است.

“Longyu Li، نویسنده اصلی مقاله، گفت:” هنگامی‌که در مورد چاپ سه بعدی صحبت می‌کنیم، امکان کنترل محور x، y و z وجود دارد. با توجه به اینکه، این سیستم، یک سیستم زنده است؛ به این ترتیب می‌توانیم اندازه، رنگ و هم‌چنین واکنش شیء را پس از چاپ کنترل کنیم. در حال حاضر، مردم در جستجوی ابزاری مانند هوش مصنوعی هستند که به اطلاعاتی که به آن‌ها داده می‌شود، پاسخگو باشند، بنابراین در شیمی هم همین اتفاق خواهد افتاد. ”

مزیت‌های چاپ چهار بعدی در مورد جوهرهای هوشمند

یکی از مزیت‌های بزرگ این نوع چاپ چهار بعدی در مورد جوهرهای هوشمند این است که ساخت سازه‌های پیچیده و مکانیسم‌ها را با مجموعه‌ای وسیع از تجهیزات ساده و قابل دسترس امکان‌پذیر می‌سازد. با استفاده از روش لی؛ این امکان فراهم می‌شود، تا یک دستگاه پرینتر سه بعدی ۱،۰۰۰ دلاری برای چاپ اشیاء استفاده شود و در غیر این صورت، به چاپگرهای سه بعدی گران قیمتی با هزینه بیش از ۱۰۰۰۰۰ دلار نیاز است.

طیف گسترده‌ای از رشته‌های مختلف وجود دارد که در آن‌ها می‌توان از این مواد شیمیایی واکنش‌پذیر به طور فزاینده‌ای استفاده شود. کار گروهی Ke می‌تواند برای زمینه‌هایی مانند مهندسی و هم‌چنین علوم زیست پزشکی مفید باشد. مواد هوشمند می‌تواند برای ساختن انواع دستگاه‌های پزشکی مورد استفاده قرار گیرد. فن‌آوری چاپ سه بعدی، امکان ساخت دستگاه‌هایی را فراهم می‌کند که به عوامل شیمیایی از مناطق خاص بدن پاسخ می‌دهند و دارو و سایر فرم‌های درمان انطباقی را در صورت نیاز ایجاد می‌کند.

همکاری این گروه در پروژه‌های مختلف

همکاری این گروه در جهت تسهیل پروژه‌های تحقیقاتی

Ke اشاره کرد که این روشی بالقوه برای ایجاد مواد برای دستگاه‌های هوشمند مانند سیستم نرم‌افزار رباتیک است که به عوامل خارجی پاسخ داده و شکل آن را تغییر می‌دهد. بر طبق گفته لی، این تیم قصد دارد تا با محققان دیگری از زمینه‌های دیگر همکاری کند تا روش خود را در زمینه های جدیدی از تحقیقات توسعه دهد.

Lin، قصد داشت تا از این طریق تأکید کند که مواد شیمیایی در زمینه‌های دیگری مانند مهندسی نیز کاربرد دارد.

Ke اشاره کرد که این تیم با دانشمندان موسسات دیگر همکاری کرد تا نتایج روش چاپ خود را اندازه گیری کنند. به عنوان مثال، هنگامی که محققان اشیاء چاپ سه بعدی شده را کاهش دادند، آن‌ها یک ماده متخلخل با سوراخ‌های مولکولی ایجاد کردند که برای اندازه‌گیری ابزارهای ویژه مورد نیاز بود. وی افزود: “ما از ارتباطات‌مان برای تسهیل پروژه‌های تحقیقاتی خود استفاده می‌کنیم. همکاران ما در دانشگاه تگزاس در دالاس به ما در اندازه‌گیری اندازه منافذ کمک کردند، زیرا ابزارهایی دارند که از پرینتر سه بعدی تولید شده‌اند و برای اندازه‌گیری قابل استفاده است.”

همکاری این گروه در پروژه تحقیقاتی ذخیره انرژی پیشرفته

بر طبق گفته لی، این روش هم‌چنین می‌تواند در صنایع دارویی نیز موثر باشد و داروهایی را به منطقه‌ی خاصی در بدن منتقل کنند. وی افزود گروه ما در حال حاضر در کنار این پروژه با پروژه‌ای در مورد مهندسی ذخیره انرژی مشغول به کار است که از روش جدیدی برای پرینت باتری استفاده می‌کند. این تیم هم‌اکنون در کنار استاد مهندسی فیونا لی، در پروژه تحقیقاتی ذخیره انرژی پیشرفته کار می‌کند. این تیم، روش چاپ چهار بعدی جدید را برای ایجاد یک باتری با ویژگی‌های هوشمند استفاده می‌کند. روباتیک، نرم افزار دیگری است که با استفاده از جوهر هوشمند گروه تحقیق Ke امکان چاپ دستگاه‌های رباتیک را فراهم می‌کند و می‌تواند با عوامل خارجی سازگار شود و شکل آن‌ها را متناسب با کارهای مختلف تغییر دهد.

آینده دستگاه‌های هوشمند

Ke گفت:” توسعه فن‌آوری‌هایی که از تحقیقات جدید استفاده می‌کنند، چندین سال طول خواهد کشید. او خاطر‌نشان کرد که ایجاد دستگاه‌های هوشمند، فرآیندی پیچیده است که نیاز به درک واضحی از نحوه عملکرد مکانیسم‌های موجود دارد تا مواد هوشمند بتوانند این پروسه‌ها را تقلید کنند. به عنوان مثال، با توجه به پیچیدگی فرآیندهای بیولوژیکی اساسی، که زیست‌شناسان هنوز کاملا آن را درک نمی‌کنند، استفاده از این روش برای پرینت سه بعدی اندام‌ دشوار است.”

Ke افزود: “امیدوارم هنگامی‌که اندام‌های بدن پرینت سه بعدی می‌شود، زنده باشم و بتوانم آن‌ها را ببینم.”